基于光纤传像束的小视场镜像式立体三维测量#王晔昕1，高鹤1,2，周富强1**510152025303540（1.北京航空航天大学，仪器科学与光电工程学院，北京100191；2.山东建筑大学，信息与电气工程学院，济南250101）摘要：传统基于立体视觉技术的双目传感器在小视场和受限空间的三维测量难以实现。为了解决此问题，本文提出一种光纤传像束结合镜像双目原理的三维测量方法。该方法采用光纤传像束传输图像至置于安全环境中的摄像机和数据处理装置。建立了测量数学模型，并基于模型给出标定方法和测量方法。标定实验和测量实验表明该方法的三维测量精度较高，可完成一般定性测量和监测任务，为受限空间和小视场的工件三维测量和故障监测提供了有效的方法和手段。关键词：立体视觉；三维测量；光纤传像束；小视场中图分类号：TH741Three-dimentionalmeasurementapproachinsmallFOVbaseoncatadioptricstereoandopticalfiberbundleWANGYexin1,GAOHe1,2,ZHOUFuqiang1(1.SchoolofInstrumentationScience&Opto-electronicsEngineering,BeihangUniversity,Beijing100191;2.SchoolofInformation&ElectricalEngineering,ShandongJianzhuUniversity,Jinan250101)Abstract:Traditionalstereovisiontechnologyisfounddifficulttobeappliedinconstrainedspaceandsmallfieldofview.Tosolvetheproblem,anovelcatadioptricstereovisionapproachisproposed,whichcombinestheadvantagesofstereovisiontechnologyandthecharacterofopticalfiberbundle.Thefiberbundletransformsthesceneintheconfinedspacetothecamerawhichisplacedinsafearea.Themathematicalmodelisestablished,andthecalibrationmethodandmeasurementapproacharedescribed.Bothcalibrationandmeasurementexperimentsshowtheapproachisofhighaccuracyandcapableofaccomplishingqualitativemeasurementandobservationtask,whichprovidesanefficientwayof3Dmeasurementandmonitoringinconstrainedspaceorsmallfieldofview.Keywords:Stereovision;three-dimensionalmesurement;opticalfiberbundle;smallfieldofview.0引言在三维形貌测量中，位于受限空间内或者微小物体表面的三维测量具有代表性，如口腔牙齿测量、发动机内微小零部件表面测量、工作状态的小型机械零部件尺寸测量和磨损测量等。因为这些构件的一般尺寸较小，且有些不可拆卸部件的被检测表面位于受限空间，给三维测量带来困难。在视觉三维测量技术中，双目立体视觉技术是解决物体表面形貌测量、空间位置测量、三维运动信息获取等许多在线测量的有效途径[1]。其原理是摄像机从两个方位对同一物点拍摄后，基于三角测量原理恢复被测点的三维坐标[2]。一般的双目立体视觉测量系统采用两个基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金：20101102110033作者简介：王晔昕（1986-），女，北京航空航天大学博士研究生，主要研究方向：机器视觉、图像处理通信联系人：周富强（1972-），男，教授，主要研究方向：机器视觉、图像处理和光电检测.zfq@buaa.edu.cn-1-摄像机或移动的单摄像机[3]从不同角度采集被测物体图像，该两种方式的缺点分别在于成本高、同步性差等。利用单摄像机和光学折反射镜组成的镜像式双目立体视觉测量技术[4][5]具有成本低、结构配置简单、同步性好、系统参数一致等优点[6]，但目前该技术数据获取手段455055由于直接采用摄像机，不能运用于无供电源、辐射等受限空间，而这些领域的部件三维测量和监测则往往更为重要。针对此问题，本文结合镜像式双目立体视觉测量技术和光纤传像技术提出了一种三维测量方法，利用光纤传像束无源性，可以抵抗辐射等特性将其作为图像传输媒介，为受限空间中工件的三维测量和故障检测提供了有效的方法和手段。1镜像式立体三维测量1.1测量结构基于光纤传像束的镜像式立体三维测量结构示意图如图1所示，被测物体反射的光经反射镜组从不同角度反射，分别进入摄像镜头，经过光纤传像束的传输进入耦合的远心光路进行放大后，被摄像机和图像采集卡采集成数字图像，并由计算机软件进行数据处理。由于光纤传像束的无源、抗振动、抗辐射、对磁场不敏感等特性...